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在人們的印象中，水是以液態(tài)存在的、可以流動(dòng)的物質(zhì)。雖然人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)了水在火星的存在，卻鮮見能夠流動(dòng)的液態(tài)水。

火星表面的大氣壓強(qiáng)僅有地球海平面大氣壓的0.6%。在這種環(huán)境下，液態(tài)水不是被蒸發(fā)就是被迅速的凍結(jié)，很難以液態(tài)形式存在。

最近，意大利的科學(xué)家利用歐空局“火星快車”探測(cè)器，在火星南極發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水構(gòu)成的地下湖泊存在的證據(jù)，首次在火星找到了大規(guī)模存在液態(tài)水的跡象，受到了全世界媒體的密集關(guān)注。

然而，在為新發(fā)現(xiàn)興奮和喝彩的同時(shí)，我們?nèi)詰?yīng)該注意一個(gè)關(guān)鍵問題：地下湖是否真的存在，目前還沒有徹底證實(shí)。

從格陵蘭島到火星南極

按照目前的探測(cè)，水在火星上主要以冰的形式存在，在南極和北極，都有大面積的冰蓋結(jié)構(gòu)。其中北極冰蓋直接裸露在火星表面，而南極冰蓋則隱藏于固態(tài)二氧化碳構(gòu)成的干冰蓋之下。

科學(xué)家們推測(cè)，在38億年前，火星的大氣層比現(xiàn)在要更濃密，溫度也比現(xiàn)在更高，能夠允許大量的液態(tài)水存在于火星表面，甚至還形成了海洋。在火星表面，能夠找到不少可能由水的流動(dòng)而形成的地貌特征。

然而，在現(xiàn)今的火星上，除了零星出現(xiàn)的液態(tài)水特征外，很難見到像南北極冰蓋這樣大規(guī)模的液態(tài)水分布。

（火星的南極冰蓋）

三十年前，行星物理學(xué)家史蒂夫·克利福德提出了火星可能存在地下湖泊的假說。

在地球上，地質(zhì)學(xué)家們已經(jīng)在南極洲和格陵蘭島的冰層下發(fā)現(xiàn)了地下湖。來自地球內(nèi)部的熱能融化了冰川的底部，從而形成了這些隱藏的湖泊。

克利福德推測(cè)，在火星的南北極冰蓋下可能也存在類似的過程。

2003年，歐空局發(fā)射的火星快車探測(cè)器給了科學(xué)家們證實(shí)這個(gè)假說的機(jī)會(huì)。

火星快車上搭載的MARSIS儀器，能夠發(fā)射0.8-6MHz的無線電波并接收火星表面和電離層的反射回波，利用合成孔徑雷達(dá)等技術(shù)探測(cè)火星表面的地形地貌和電離層性質(zhì)。

更有趣的是，MARSIS儀器裝備了兩個(gè)設(shè)置不同的回波接收天線。通過對(duì)兩個(gè)天線接收到的信號(hào)進(jìn)行綜合處理，MARSIS可以去除火星表面的回波，“過濾”出表層以下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)回波，從而使科學(xué)家們能夠貨值火星內(nèi)部的秘密。

（火星快車探測(cè)器，探測(cè)器周圍伸出的桿狀天線即為MARSIS儀器接收回波信號(hào)的天線）

從2008年開始，科學(xué)家們開始從MARSIS儀器在火星南極的觀測(cè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)一些異常強(qiáng)烈的回波信號(hào)。

在地球上，這種回波信號(hào)意味著冰層下方存在著液態(tài)水。然而，當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)中的強(qiáng)回波區(qū)分布的并不連續(xù)。

在分析儀器工作流程后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)問題可能出自MARSIS的數(shù)據(jù)處理機(jī)制上：為了減小數(shù)據(jù)傳輸量，MARSISI會(huì)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)做平均處理，可能導(dǎo)致了強(qiáng)回波區(qū)結(jié)構(gòu)被抹平。

為了進(jìn)一步對(duì)強(qiáng)回波區(qū)進(jìn)行研究，這些科學(xué)家在火星快車的存儲(chǔ)器中專門開辟了一塊區(qū)域，用以存儲(chǔ)南極地區(qū)的高分辨率探測(cè)數(shù)據(jù)。

（意大利科學(xué)家通過MARSIS儀器得到的回波增強(qiáng)數(shù)據(jù)）

在收集了3年共29軌的數(shù)據(jù)后，科學(xué)家們開始了另一場(chǎng)“戰(zhàn)斗”。

由于他們收集到的僅僅是雷達(dá)回波信號(hào)，而不是直接反映物質(zhì)構(gòu)成的信息，他們必須不斷排除如二氧化碳干冰層等其他造成類似回波特征的可能。

最終，在對(duì)比了地球上的地下湖回波特征后，科學(xué)家們推斷他們探測(cè)到的的確是液態(tài)水富集的火星地下湖。

地下湖的直徑不超過20公里，隱藏在南極冰蓋表面以下約1.5公里的位置。地下湖水的溫度處于零下數(shù)十度，但是其較高的含鹽量量使其保持液態(tài)而沒有凍結(jié)。

火星上的另一雙“眼睛”沒有看到這個(gè)地下湖

由于地下湖的發(fā)現(xiàn)是由間接證據(jù)得到的，不少科學(xué)家也對(duì)這個(gè)發(fā)現(xiàn)的可靠性表示了質(zhì)疑。

例如，提出火星地下湖假設(shè)的行星物理學(xué)家克利福德就對(duì)本次發(fā)現(xiàn)的科學(xué)意義表示了冷靜。他認(rèn)為，雖然目前的探測(cè)數(shù)據(jù)“很有說服性”，但并不是“絕對(duì)的、確切的”證據(jù)，因?yàn)橐恍┢渌覀兩形戳私獾奈镔|(zhì)和結(jié)構(gòu)也可能引起這樣的回波。 

本次利用MARSIS數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)地下湖的意大利科研團(tuán)隊(duì)也承認(rèn)，冰蓋下淤積的污泥也可能產(chǎn)生類似的回波，MARSIS的數(shù)據(jù)并不能排除這種可能性。

在火星上工作的另一臺(tái)探測(cè)器發(fā)回的數(shù)據(jù)也為地下湖的存在增加了疑點(diǎn)。

除了火星快車外，NASA的火星勘測(cè)軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter）也正在火星工作。

與好奇號(hào)、機(jī)遇號(hào)等活動(dòng)范圍有限的火星車不同的是，火星快車、火星勘測(cè)軌道飛行器等探測(cè)器都是在環(huán)繞火星的軌道上飛行的探測(cè)器，能夠通過累積的探測(cè)獲得火星的全球特征。

火星勘測(cè)軌道飛行器上搭載的SHARAD探測(cè)器與MARSIS同為意大利空間局設(shè)計(jì)制造，工作原理基本相同，也同樣具有穿透火星冰蓋、探測(cè)火星表面以下結(jié)構(gòu)的能力。

2016年，NASA的科學(xué)家曾利用SHARAD探測(cè)器，在火星的烏托皮亞平原表面之下發(fā)現(xiàn)了巨大的隱藏冰川，其面積足以與美國(guó)新墨西哥州相比。

相比于火星南北極的冰蓋，烏托皮亞平原下的冰川地理緯度較低，且該地區(qū)地勢(shì)平坦，特別適合航天器著陸進(jìn)行科學(xué)探測(cè)，或建立用水和二氧化碳產(chǎn)生甲烷的火星燃料工廠，為往返地球和火星間的飛行器“加油”。

（火星勘測(cè)軌道飛行器上搭載的SHARAD探測(cè)器）

SHARAD同樣對(duì)本次可能發(fā)現(xiàn)地下湖的地區(qū)進(jìn)行過探測(cè)，但在SHARAD的探測(cè)數(shù)據(jù)中卻并不存在如此強(qiáng)烈的回波。

一些科學(xué)家認(rèn)為，雖然SHARAD發(fā)射的探測(cè)信號(hào)頻率比MARSIS發(fā)射的信號(hào)頻率高，其能夠探測(cè)的深度也不及MARSIS，但如果地下湖真的存在，那么像鏡子一樣光滑的湖面應(yīng)該為信號(hào)的反射提供了絕佳的條件，SHARAD數(shù)據(jù)中應(yīng)該能出現(xiàn)回波增強(qiáng)。

而如果MARSIS探測(cè)到的是淤泥而不是地下湖，信號(hào)的反射條件將沒有地下湖那么好，也就可以解釋為什么強(qiáng)回波信號(hào)沒有在SHARAD中出現(xiàn)。

當(dāng)然，這種推斷同樣也是一個(gè)可能的疑點(diǎn)，而無法徹底否定地下湖的存在。

探索未知的不確定性

顛覆性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)面對(duì)的都是前人從未探索或涉足過的領(lǐng)域，沒有既有的檢驗(yàn)可以參考。

科學(xué)家是人不是神，我們的科學(xué)探測(cè)儀器的性能指標(biāo)也存在著這樣或那樣的局限，因此科學(xué)發(fā)現(xiàn)總是伴隨著不確定性。

在公布對(duì)火星地下湖的發(fā)現(xiàn)之前，意大利的科研團(tuán)隊(duì)花了兩年的時(shí)間分析原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，盡力排除其他可能性。

有關(guān)這次發(fā)現(xiàn)的論文在去年12月13日就已經(jīng)投稿給了國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Science》，經(jīng)過半年多的同行評(píng)議才得以在7月25日接收發(fā)表，說明雖然結(jié)果仍然具有不確定性，但其分析過程和科學(xué)價(jià)值已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。

我們還需要新的飛船、性能更好的探測(cè)儀器乃至宇航員在火星的登陸，才能徹底搞清液態(tài)水在火星表面是否存在的問題。